Phương pháp chiếu tổng hợp hệ thống chống nhiễu tiêu cực

Kỹ thuật điều khiển & Điện tử

Phương pháp chiếu tổng hợp hệ thống chống nhiễu tiêu cực
Nguyễn Trung Thành*
Viện Ra đa, Viện Khoa học và công nghệ quân sự.
*
Email:
Nhận bài ngày 22/9/2021; Hoàn thiện ngày 03/11/2021; Chấp nhận đăng ngày 12/12/2021.
DOI: />
TÓM TẮT
Bài báo nghiên cứu ứng dụng phương pháp chiếu để chế áp nhiễu tiêu cực và chỉ ra các đặc
tính vượt trội của việc ứng dụng ma trận chiếu vào thiết bị chỉ thị mục tiêu di động (MTI) để đáp
ứng các yêu cầu cao về chế áp nhiễu. Kết quả mô phỏng cho thấy, hệ thống MTI theo phương
pháp chiếu cũng có khả năng tách các mục tiêu tốc độ thấp trên nền nhiễu phản xạ. Về mặt tính
tốn, trong số các phương pháp xử lý tối ưu hiện có phương pháp được đề xuất là hiệu quả nhất
trong trường hợp nhiễu mạnh vì khơng phải tính nghịch đảo ma trận tương quan nhiễu.
Từ khóa: Ra đa; Thiết bị lọc mục tiêu di động (MTI); Phương pháp chiếu; Hệ số chế áp nhiễu; Độ rộng dải chế áp.

1. MỞ ĐẦU
Vấn đề chống nhiễu tiêu cực nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo phát sinh đồng thời với sự xuất
hiện của các ra đa đầu tiên và cho đến nay vẫn cịn mang tính thời sự. Nhiễu tiêu cực là tín hiệu
vơ tuyến phản xạ từ bề mặt nền, các tích tụ khí tượng và địa vật khi chúng bị chiếu xạ bởi các
xung thăm dò ra đa. Tác động của nhiễu tiêu cực thể hiện ở sự chế áp và che giấu tín hiệu, phản
ánh từ mục tiêu quan sát. Cường độ nhiễu có thể vượt đáng kể khơng chỉ mức tạp của máy thu,
mà cịn tín hiệu mục tiêu hữu ích, gây khó khăn cho ra đa khi quan sát, và đôi khi làm ra đa
khơng thể quan sát.
Theo ước tính hiện nay [1, 5], trong các hệ thống như vậy, tỷ số nhiễu/tín hiệu có thể đạt giá
trị từ 60 dB trở lên, đặc biệt đối với phản xạ biển. Tùy thuộc vào các tham số, bao gồm tần số
mang, chu kỳ lặp lại xung của ra đa, phạm vi tốc độ gió, v.v., độ rộng phổ nhiễu thụ động có thể
chiếm đến ≥ 10% tần số lặp xung thăm dò của ra đa.
Để phân tách phổ của các tín hiệu hữu ích và nền nhiễu thụ động trong những điều kiện như

vậy sử dụng bộ lọc tách mục tiêu di động (MTI-Moving Target Indicator) với đặc tính biên độtần số bộ lọc tần số gần dạng chữ nhật. Độ sâu vùng lọc chặn của các bộ lọc như vậy phải đạt từ
60 dB trở lên.
Bài báo trình bày một hệ thống MTI chế áp nhiễu tiêu cực dựa trên ma trận chiếu có đáp ứng
tần số thỏa mãn các yêu cầu cao nêu trên. Bài viết được tổ chức như sau. Phần 2 giải thích bản
chất phương pháp chiếu và bộ lọc MTI chiếu. Phần 3 dành cho mơ phỏng, phân tích các đặc
điểm của hệ thống MTI chiếu và so sánh với các phương pháp MTI khác. Phần 4 đưa ra sơ đồ
khối hệ thống MTI chiếu. Cuối cùng là phần kết luận.
2. XẤP XỈ MA TRẬN TƯƠNG QUAN NHIỄU NGHỊCH ĐẢO
BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU
Để giảm thiểu tổn hao trong phát hiện tín hiệu có ích phương pháp chiếu [2] xử lý giữa các
chu kỳ theo quy trình phát hiện tối ưu tín hiệu có ích trên nền nhiễu với các thuộc tính tương
quan cho trước được đề xuất. Bản chất phương pháp này là xấp xỉ ma trận tương quan nhiễu
nghịch đảo bằng một ma trận chiếu lên một không gian trực giao với không gian nhiễu.
Theo [4], véc tơ trọng số xử lý tối ưu được xác định bởi mối quan hệ
(1)
trong đó: R - Ma trận tương quan nhiễu tiêu cực; S(f) - Véc tơ tín hiệu có ích với tần số Doppler f.

46

Nguyễn Trung Thành, “Phương pháp chiếu tổng hợp hệ thống chống nhiễu tiêu cực.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

Tuy nhiên, việc áp dụng trực tiếp công thức (1) hầu như không thực tế do cần phải tính tốn
ma trận tương quan nghịch đảo cho từng phần tử phân biệt trong thời gian thực.
Biết rằng, biên độ phức tín hiệu ra đa phản xạ từ một đối tượng điểm có cấu trúc thời gian
giữa các chu kỳ được đặc trưng bởi véc tơ các hình sin rời rạc:
(2)
trong đó, f là tần số Doppler, T là chu kỳ xung thăm dò ra đa, N là số xung trong chùm nhận được.

Trong trường hợp này, tín hiệu nhiễu tiêu cực là sự kết hợp nhiều dao động sin có dạng (2),
tạo thành một tập liên tục tần số Doppler. Tính liên tục này có thể được xấp xỉ bằng một tập
hữu hạn các sin xếp đủ dày theo tần số Doppler và ma trận tương quan R có thể được biểu diễn
dưới dạng:
(3)
Vì ma trận (3) là Hermitian và xác định khơng âm nên nó có hệ thống trực chuẩn các véc tơ
riêng đơn vị U1,... UN và tập hợp các giá trị riêng không âm
tương ứng với các véc tơ
đó. Do hệ thống trực chuẩn các véc tơ riêng của ma trận (3) tạo thành một cơ sở trong không
gian N chiều, nên bất kỳ thể hiện nào của tín hiệu S đều có thể được biểu diễn dưới dạng tổ hợp
tuyến tính:
∑
,
(4)
ở đây, ai là các thừa số vô hướng ngẫu nhiên.
Sử dụng khai triển phổ [3] có thể chỉ ra rằng:
∑
(5)
trong đó, r là hạng ma trận (3).
Về mặt toán học, phép tính gần đúng (5) tương đương với việc chiếu tín hiệu nhiễu tiêu cực
lên khơng gian con có chiều hữu hạn cho nên nó có thể được biểu diễn dưới dạng kết hợp tuyến
tính số hữu hạn các sin phức (2) với tần số Doppler f1, f2, ..., fM. Véc tơ các sin có các thừa số
biên độ a1, a2, ..., aM ngẫu nhiên và độc lập thống kê, trong đó M (Mcho xấp xỉ nhiễu tiêu cực. Khi đó, ma trận tương quan véc tơ tổng các tín hiệu nhiễu tiêu cực và
nội tạp có thể được biểu diễn dưới dạng :
∑
(6)
trong đó, E là ma trận đơn vị N x N chiều đặc trưng cho tính chất tương quan của nội tạp (khơng
làm mất tính tổng qt, giả sử rằng cơng suất mỗi thành phần riêng lẻ véc tơ tạp bằng 1);
vm=</am/2> là công suất thành phần sin thứ m nhiễu tiêu cực. Xem vm>>1, tức là cơng suất

nhiễu ngồi ở tần số Doppler fm lớn hơn đáng kể công suất nội tạp.
Vì ma trận (6) là Hermitian và xác định dương, ma trận nghịch đảo với ma trận này có thể
được biểu diễn bằng khai triển phổ
∑

∑

(7)

trong đó, λm - Giá trị riêng khác 0 của số hạng thứ hai ở vế phải (6) mà tổng các giá trị riêng xác
định công suất nhiễu tiêu cực; U1,..,UM là các véc tơ đơn vị riêng trực chuẩn tương ứng với các
giá trị riêng λm và là cơ sở trong không gian con nhiễu; UM+1, …, UN là các véc tơ đơn vị riêng
trực chuẩn của ma trận R, tạo thành một cơ sở trong không gian con trực giao với nhiễu tiêu cực.
Vì cơng suất nhiễu tiêu cực được giả định là lớn hơn nhiều cơng suất tín hiệu có ích nên từ
bất đẳng thức λm>> 1 cho phép bỏ qua số hạng đầu tiên ở vế phải (7) và có được xấp xỉ ma trận
nhiễu nghịch đảo bằng ma trận
∑
(8)
Ma trận P là chiếu lên không gian con nhiễu tiêu cực trực giao [2, 4] và tác động toán tử ma

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 76, 12 - 2021

47


Kỹ thuật điều khiển & Điện tử

trận này lên tổ hợp tuyến tính bất kỳ các sóng hình sin
dẫn đến "quy
khơng" tổ hợp đó. Điều này có thể được hiểu là sự triệt tiêu (chế áp) nhiễu tiêu cực.

Do đó, ma trận tương quan nghịch đảo nhiễu mạnh có thể được xấp xỉ bằng ma trận chiếu lên
không gian con trực giao với khơng gian con nhiễu, tức là
,
(9)
trong đó, E là ma trận đơn vị,
- Ma trận chiếu lên không gian con nhiễu, H
là dấu hiệu liên hợp Hermitian,
- Ma trận gồm các vec tơ cột tín
hiệu có tần số Doppler f1, ..., fL cách nhau và bao trùm lên dải tần số nhiễu tiêu cực.
Theo xấp xỉ (9), véc tơ trọng số tối ưu xử lý giữa các chu kỳ có dạng
(10)
và quy trình xử lý tối ưu sẽ là tính modul biểu thức:
(11)
trong đó, Y là véc tơ tương ứng với chùm phương vị thu được.
Trong trường hợp này, ma trận-chiếu (9) thực hiện chức năng lọc chặn nhiễu tiêu cực chung
đối với tất cả các bộ lọc Doppler. Các điểm không (chặn) được xác định bởi các tần số f1, ..., fL
của các véc tơ tạo thành ma trận M trong biểu thức (9).
Khi ra đa thăm dị khơng đều với các chu kỳ lặp T1, T2, hệ thống xử lý giữa các chu kỳ được đề
xuất có dạng như trong hình 1, trong đó sử dụng các ký hiệu sau: TSB – Tách sóng biên độ; ADFBộ lọc phối hợp tương tự - rời rạc; TLTC11 – TLTC1N – Các bộ tích lũy tương can với chu kỳ lặp
lại T1; TLTC21 – TLTC2M - Các bộ tích lũy tương can với chu kỳ lặp lại T2; TBN - Thiết bị ngưỡng.

Từ đầu ra
ADF

TLTC11

TSB11

…

…

TLTC1N

TSB1N

TLTC21

TSB21

…

…

TLTC2M

TSB2M

Lựa
chọn
lớn
nhất

Lựa
chọn
lớn
nhất

0/1

TBN1

Thiết bị nhận
quyết định có hay
khơng có mục tiêu
trong các phần tử
phân biệt đã định

TBN2

Có/khơng

0/1

Hình 1. Bộ xử lý giữa các chu kỳ với T1 và T2.
Tín hiệu đến đầu vào các bộ tích lũy tương can được cấp từ đầu ra ADF. Các bộ tích lũy
tương can đối với các chùm có chu kỳ lặp lại T1 và T2 bao trùm dải vận tốc hướng tâm nhất định
của mục tiêu. Ngoài ra, mỗi bộ tích lũy tương can, cùng với tích lũy tín hiệu có ích đồng thời
thực hiện lọc loại bỏ phản xạ từ các địa vật và, nếu cần, cả nhiễu tiêu cực dịch chuyển.
Đáp ứng tần số mỗi bộ tích lũy tương can riêng lẻ (bộ lọc chiếu) tính theo biểu thức:
|

|

(12)

trong đó, N là số xung trong chùm.
Một trong những đáp ứng tốc độ (12) này được thể hiện trong hình 2.
Có thể thấy vùng lọc chặn sâu trong vùng địa vật, đỉnh chính tương ứng với tốc độ hướng tâm
tín hiệu có ích dự kiến và các búp bên thấp dần theo hàm sin(x)/x. Nếu cần thiết, có thể sử dụng

một cửa sổ trọng số để giảm mức những búp bên này.
Sau tách sóng biên độ tín hiệu ra các bộ tích lũy tương can qua lựa chọn cực đại đồng thời với
đo vận tốc hướng tâm. Sử dụng bộ tích lũy nhị phân tiếp theo (tiêu chuẩn “hai trong số hai”) cho

48

Nguyễn Trung Thành, “Phương pháp chiếu tổng hợp hệ thống chống nhiễu tiêu cực.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

phép loại bỏ các báo động lầm liên quan đến vượt ngưỡng đồng thời trong TBN1 và TBN2 bởi
các đỉnh nhiễu tương ứng với các tốc độ xuyên tâm khác nhau.

Hình 2. Đáp ứng tần số một bộ tích lũy tương can.
3. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA HỆ THỐNG MTI CHIẾU
Các đặc tính ưu việt của hệ thống MTI dựa trên phương pháp chiếu là:
Khả năng chống biến dạng biên độ chùm xung;
Khả năng tạo các vùng lọc chặn độ rộng ≥10% tần số lặp xung với độ sâu chế áp ≥60 dB;
Có thể lọc tín hiệu mục tiêu tốc độ xuyên tâm thấp và rất thấp;
Để làm rõ những đặc tính ưu việt của hệ thống MTI bằng phương pháp chiếu, chúng tôi đã
thực hiện mô phỏng trên Matlab chế độ hoạt động của ra đa như sau: bước sóng 0,2 m, chu kỳ
thăm dị T1 = 140•10-6 giây, (tương ứng cự ly đơn trị D1 = 21 km), T2 = 170•10-6 (tương ứng cự ly
đơn trị D2= 25,5 km); kích thước chùm phương vị là N = 256. Kết quả xử lý các chùm có chu kỳ
T1 và T2 ở đầu ra các sơ đồ chọn cực đại nhận được 21 và 25 mẫu cự ly (rời rạc cự ly), tương ứng.
Sau đó, chúng được so sánh với các ngưỡng trong TBN1 và TBN2, đối với mỗi mẫu này một dấu
hiệu vượt hoặc không vượt ngưỡng được tạo ra. Đồng thời, mỗi cự ly thực đến mục tiêu trong
dải 1- 20 km sẽ tương ứng với một cặp mẫu nhất định: một mẫu - từ chuỗi ở đầu vào TBN1 và
một mẫu khác - từ chuỗi ở đầu vào TBN2.

Hình 3. Cấu trúc chùm phương vị với các vùng dịch vụ.
Khả năng chống biến dạng biên độ chùm xung. Mô phỏng đã chỉ ra, thuật toán xử lý được đề
xuất (12), so với việc sử dụng các cửa sổ có trọng số (Dolph-Chebyshev, Kaiser-Bessel, v.v.), ổn
định hơn đối với biến dạng chùm phương vị bởi giản đồ hướng (GĐH) anten và chùm phương vị
không liên tục do có các vùng dịch vụ (hình 3) khi tín hiệu thăm dị khơng được phát ra. Trong
những điều kiện này, mức búp bên tăng đáng kể so với giá trị lý thuyết. Ưu điểm của phương
pháp này được giải thích bởi thực tế là các yêu cầu gia tăng đối với mức búp bên chỉ áp dụng

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 76, 12 - 2021

49


Kỹ thuật điều khiển & Điện tử

trong dải tần số nhiễu tiêu cực mà khơng phải ở mọi nơi ngồi đỉnh chính đáp ứng tần số bộ lọc.
Điều này cho phép tích lũy tương can tồn bộ chùm phương vị, đồng thời triệt tiêu hiệu quả
nhiễu tiêu cực.
So sánh các đáp ứng tần số (tốc độ) ở N = 256 đối với chùm phương vị khơng có vùng dịch
vụ và chùm phương vị có các vùng dịch vụ (trường hợp như hình 3) đối với các dải chế áp nhiễu
tiêu cực khác nhau cho thấy các biến dạng đáng kể ảnh hưởng đến “nền” đáp ứng tần số. Tuy
nhiên, nếu một tín hiệu đơn lẻ được phát hiện dựa trên nền nhiễu tiêu cực, hiệu ứng này có thể bỏ
qua, vì các biến dạng khơng ảnh hưởng đến các tham số chính bộ lọc. Ngồi ra, biến dạng biên
độ phát sinh cũng khơng ảnh hưởng đến hình dạng tín hiệu có ích và mức các búp bên đầu tiên.
Trong trường hợp phát hiện hỗn hợp hai tín hiệu hình sin có tần số Doppler khác nhau hiệu ứng
này có thể có tác động tiêu cực. Khi đó, vì nền chung các búp bên khơng vượt q mức các búp
bên chính, nên hiệu ứng biến dạng chỉ có thể tác động đến trường hợp đặc biệt là phát hiện hai
tín hiệu có biên độ khác nhau – đến mức các búp bên chính, tức là phát hiện tín hiệu yếu trên nền
mạnh. Từ đó có thể kết luận rằng, phương pháp chiếu được đề xuất để xử lý giữa các chu kỳ là
ổn định với biến dạng biên độ tín hiệu (dạng chùm phương vị).

Khả năng tạo các vùng lọc chặn độ rộng tùy ý, lọc tín hiệu mục tiêu tốc độ xuyên tâm thấp và
rất thấp. Đáp ứng tần số bộ lọc MTI với véc tơ trọng số W (10) khi kích thước chùm phương vị
N = 256 được biểu thị trong hình 4. Đáp ứng có đỉnh chính tương ứng với tốc độ hướng tâm là
25 m/s và một vùng lọc chặn địa vật có chiều rộng 2 m/s ở mức âm 60 dB. Trong dải vận tốc
hướng tâm còn lại, mức các búp bên thay đổi từ âm 19 đến âm 37 dB. Chùm phương vị lớn (N>
100) cho phép tạo ra các bộ lọc với dải lọc chặn lớn hơn nhiều so với trong hình 4. Đáp ứng tần
số các bộ lọc này được hiển thị trong hình 5 và 6.

Hình 4. Đáp ứng tần số bộ lọc với véc tơ trọng Hình 5. Đáp ứng tần số một trong các bộ lọc
số (10) khi kích thước chùm phương vị N =
khi N>100.
256.

Hình 6. Đáp ứng tần số một trong các bộ lọc Hình 7. Đáp ứng tần số một bộ lọc phát hiện
khi N>100.
mục tiêu có vận tốc hướng tâm thấp so với
nền địa vật và nhiễu tiêu cực dịch chuyển.

50

Nguyễn Trung Thành, “Phương pháp chiếu tổng hợp hệ thống chống nhiễu tiêu cực.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

Vùng lọc chặn chiếm một phạm vi tốc độ từ âm 30 đến 30 m/s, nghĩa là gần như toàn bộ
phạm vi tốc độ nhiễu tiêu cực, bao gồm địa vật, nhiễu lưỡng cực và tích tụ khí tượng.
Bằng phương pháp chiếu cũng có thể tạo thành một nhóm bộ lọc thứ ba (hình 7) được thiết kế
để phát hiện các mục tiêu có vận tốc hướng tâm thấp so với nền địa vật và nhiễu tiêu cực dịch
chuyển. Đáp ứng bộ lọc có hai vùng lọc chặn hẹp trong vùng địa vật và nhiễu lưỡng cực.

Giống như các bộ lọc MTI khác, ở bộ lọc chiếu MTI có sự phụ thuộc hệ số triệt nhiễu vào
chiều rộng vùng lọc chặn và chiều dài mẫu N (kích thước chùm phương vị). Khi mở rộng vùng
lọc chặn thì hệ số chế áp cũng giảm nếu khơng tăng N. Hệ số chế áp nhiễu tiêu cực là 60 dB và
độ rộng vùng lọc chặn trong phạm vi ± 25 m/s được đảm bảo một cách đáng tin cậy với chùm
phương vị N ≥ 128 xung (bảng 1). Để đảm bảo hệ số chế áp 60 dB khi N = 64, 32 và 16, cần
phải giảm độ rộng vùng lọc chặn hoặc bằng cách giảm khoảng cách và giảm số điểm không.
Khoảng tần số tối thiểu sẽ tương ứng với trường hợp hai véc tơ trực giao bất kỳ S1, S2 ... SL
trong ma trận M biểu thức (9), tạo thành các điểm 0 vùng lọc chặn và được xác định bởi các
giá trị tần số f1, ..., fL.
Bảng 1. Sự phụ thuộc hệ số và chiều rộng vùng chế áp vào chùm phương vị (N).
Kchế áp, dB
N=512
N=256
N=128
N=64
N=32
N=16
30
±25 m/s
±25 m/s
±25 m/s
±25 m/s
±24 m/s
±22 m/s
40
±25 m/s
±25 m/s
±25 m/s
±24 m/s
±23 m/s

±15 m/s
50
±25 m/s
±25 m/s
±24 m/s
±23 m/s
±13 m/s
±9 m/s
60
±25 m/s
±24 m/s
±24 m/s
±18 m/s
±8 m/s
±3 m/s
Cosin góc giữa hai véc tơ bất kỳ S1 và S1 được xác định thơng qua tích vơ hướng chuẩn hóa
√

. Nếu |cos (α)|≈1 thì các véc tơ là gần song song, và trong trường hợp

|
|
- là gần trực giao [3]. Hai thành phần sin phức sẽ gần song song nếu mất phối hợp
tần số giữa chúng không vượt quá nghịch đảo độ dài của chúng. Do đó, ví dụ, ma trận lọc chặn P
được xác định bởi biểu thức (8) triệt tiêu hiệu quả không chỉ các sin với tần số
mà
là tất cả các thành phần phổ q trình thu được có tần số Doppler thỏa mãn ít nhất một trong các
bất đẳng thức
|

|

Theo đó, tất cả các tín hiệu có ích có tần số Doppler thuộc hai khoảng
[

(13)
và

] liền kề vùng lọc chặn nhiễu tiêu cực sẽ bị loại bỏ đáng kể [3].
So sánh ba bộ lọc MTI phổ biến với bộ lọc chiếu được trình bày trong bảng 2.
Bảng 2. So sánh các bộ lọc MTI (Bù khử qua chu kỳ (sin x/x)n, n- Số lần bù khử [8], tối ưu hóa
có giới hạn [3], IIR [7] và Bộ lọc chiếu) theo độ sâu và độ rộng dải chế áp.
Tham số
Yêu
Bộ bù khử Bộ lọc tối ưu hóa Bộ lọc IIR dạng
Bộ lọc chiếu
chế áp
cầu
qua chu kỳ
có giới hạn
elliptic
Độ sâu
≥ 60
Khơng đạt
Có thể đáp ứng
Đảm bảo khi số
Đảm bảo
chế áp
dB
xung ≥ 200

Độ rộng
≥ 10 Giảm khi n
Đảm bảo
Đảm bảo
dải tần
%
tăng
Nhược
Không điều Độ sâu chế áp tỷ
Thời gian thiết
Địi hỏi dữ liệu có độ
điểm
chỉnh được
lệ nghịch độ
lập ổn định lớn
chính xác cao
rộng dải chế áp
Từ bảng 2 có thể nhận định, đối với ra đa cảnh giới tầm gần, khi chu kỳ lặp nhỏ, chùm

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 76, 12 - 2021

51


Kỹ thuật điều khiển & Điện tử

phương vị tương đối lớn và nhiễu mạnh các bộ lọc chiếu phù hợp để lọc mục tiêu di động.
4. TỔNG HỢP HỆ THỐNG LỌC MỤC TIÊU DI ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU
Bằng phương pháp chiếu được xem xét ở trên chúng ta sẽ tổng hợp hệ thống lọc mục tiêu di
động. Sơ đồ khối hệ thống MTI chiếu được nêu trong hình 8.

Thủ tục lọc mục tiêu di động dựa trên phương pháp chiếu bao gồm: 1-Khối tạo dữ liệu đầu
vào là véc tơ tương ứng với chùm phương vị nhận được, 2-Khối tạo véc tơ tín hiệu có ích có cấu
trúc thời gian giữa các chu kỳ đặc trưng bởi véc tơ sin rời rạc, 3-Khối điều khiển độ rộng vùng
chế áp hình thành ma trận gồm các cột – véc tơ tín hiệu có tần số Doppler với bước bao trùm dải
tần nhiễu tiêu cực, 4-Khối hình thành ma trận - chiếu lên không gian con nhiễu tác động lên tổ
hợp tuyến tính bất kỳ các véc tơ tín hiệu có ích làm cho nó bằng khơng, 5-Khối tạo véc tơ trọng
số xử lý tối ưu bằng cách nhân ma trận tương quan nghịch đảo với véc tơ tín hiệu có ích, 6-Khối
tính tần số Doppler Fd mục tiêu bằng cách nhân véc tơ liên hợp Hermitian tương ứng với chùm
phương vị nhận được và véc tơ trọng số xử lý tối ưu.
2. Khối tạo véc tơ
tín hiệu có ích

3. Khối điều
khiển độ rộng
vùng chế áp

Chế độ chế áp

4. Khối hình
thành ma trận
chiếu lên khơng
gian con nhiễu
Tín hiệu từ
ADC

5. Khối tạo véc tơ
trọng số xử lý tối
ưu

6. Khối tính tần

số Doppler mục
tiêu

Fđ

1. Khối tạo dữ
liệu đầu vào

Hình 8. Sơ đồ hệ thống lọc mục tiêu di động.
Về mặt tính tốn, phép xử lý (11) được thực hiện như sau. Véc tơ tín hiệu có ích có thể được
biểu diễn dưới dạng tích
(14)
trong đó, S0(f) là sin phức có đường bao hình chữ nhật, D là ma trận đường chéo N×N có tính
đến dạng đường bao chùm phương vị do GĐH anten cũng như sự hiện diện các vùng dịch vụ.
Theo đó, ở giai đoạn đầu (sơ bộ), véc tơ sau được tính
(15)
Do ma trận P có dạng đặc biệt, phép tính véc tơ (7) yêu cầu ~2NL phép nhân phức, trong đó
N là kích thước chùm phương vị và L là số điểm khơng trong vùng lọc chặn. Tiếp đó, bằng cách
sử dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT), tín hiệu đầu ra các bộ lọc được xác định
,
(16)
trong đó, m là số thứ tự bộ lọc.
Sử dụng FFT trong phương pháp xử lý giữa các chu kỳ có thể làm giảm đáng kể các yêu cầu
về hiệu suất máy tính kỹ thuật số thực hiện hệ thống xử lý số tín hiệu ra đa. Một trong những ưu
thế quan trọng, theo quan điểm thực hiện thực tế, của phương pháp chiếu so với quy trình tính
véc tơ trọng số tối ưu (1) là khơng cần thực hiện các thủ tục tính toán phức tạp liên quan đến ước
lượng ma trận tương quan R và ma trận nghịch đảo R-1 (đối với mỗi phần tử phân giải trong thời
gian thực). Việc thực hiện các quy trình tính tốn này kéo theo các vấn đề liên quan đến ma trận
kém điều hòa làm cho tổng hợp véc tơ xử lý trọng số tối ưu liên quan đến R-1 trở nên không ổn
định đáng kể đối với các sai số tính tốn và các nhiễu loạn khác ở ma trận chính xác.

Do đó, về mặt tính tốn, phương pháp xấp xỉ ma trận tương quan nghịch đảo bằng ma trận

52

Nguyễn Trung Thành, “Phương pháp chiếu tổng hợp hệ thống chống nhiễu tiêu cực.”


Nghiên cứu khoa học công nghệ

chiếu P được đề xuất áp dụng cho hệ thống MTI chỉ bao gồm việc hình thành sơ bộ (trước) ma
trận chiếu theo quy trình (15) và áp dụng quy trình FFT tiêu chuẩn.
5. KẾT LUẬN
Nghiên cứu lý thuyết phương pháp chiếu cho thấy có thể áp dụng để xây dựng hệ thống chế
áp nhiễu tiêu cực trong ra đa cảnh giới. Trong số các phương pháp xử lý giữa chu kỳ gần tối ưu
hiện có, phương pháp được đề xuất là hiệu quả hơn cả về mặt đáp ứng các yêu cầu chế áp nhiễu
tiêu cực cao lẫn về mặt tính tốn trong trường hợp nhiễu mạnh. Từ quan điểm triển khai thực tế,
ưu điểm đáng kể nhất của phương pháp MTI chiếu được đề xuất so với quy trình tối ưu tính tốn
véc tơ trọng số là không cần phải thực hiện các thủ tục tính tốn phức tạp liên quan đến ước
lượng ma trận tương quan, tính ma trận đảo cho từng phần tử phân biệt trong thời gian thực.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Защита радиолокационных систем от помех. Состояние и тенденции развития / Под ред. А.И.
Канащенкова и В.И. Меркулова. М: Радиотехника, 2003. 416с.
[2]. Heinrich V. Projection methods for nonlinear sparse eigenvalue problems. Research Gate. January
2005.
[3]. T.K. Moon and W.C. Stirling, “Mathematial Methods and Algorithms for Signal Procưessing”,
Prentice Hall, 2000.
[4]. S. Haykin, “Adaptive filter theory”, Fourth ed. N.J.: Prentic Hall, 2002.
[5]. M. Skolnik, “Radar Handbook 3rd Edition”, New York, NY: McGraw-Hill, 2008.
[6]. Lizhe Tan. “Digital Signal Processing: Fundamentals and Applications”, DeVry University Decatur,
Georgia. 2008, Elsevier Inc.

[7]. Marple, S.L., Jr., “Digital Spectral Analysis with Application”, Englewood Cliffs, N.J: Prentice-Hall,
1987.
[8]. Hoàng Thọ Tu. “Cơ sở xây dựng đài ra đa cảnh giới”. Học viện KTQS. 2003.

ABSTRACT
SYNTHESIZING AN MTI SYSTEM BY PROJECTION METHOD
This paper presents the application of the projection method to suppress clutter and
shows the outstanding characteristics of the application of the projection matrix to the
moving target indicator device (MTI) to meet the high requirements of the clutter
suppresion. The simulation results show that the projection-based MTI system is also
capable of separating low-speed targets on the background of clutter. Computationally,
among the existing optimal processing methods, the proposed method is the most effective
in the case of strong clutter because it does not have to compute the inverse of the noise
correlation matrix.
Keywords: Radar; Moving target indicator (MTI); Projection method; Clutter suppression factor; Suppression band
width.

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 76, 12 - 2021

53